Principales motores de la corriente de agua.
La absorción de agua por el sistema radicular se produce debido al funcionamiento de dos motores terminales de corriente de agua: superior el motor del extremo, o fuerza de succión de la evaporación (transpiración), y el motor del extremo inferior, o motor de raíz. La fuerza principal que causa el flujo y movimiento del agua en una planta es la fuerza de succión de la transpiración, que resulta en un gradiente de potencial hídrico. El potencial hídrico es una medida de la energía utilizada por el agua para moverse. El potencial hídrico y la fuerza de succión son iguales en valor absoluto, pero de signo opuesto. Cuanto menor sea la saturación de agua de un sistema determinado, menor (más negativo) será su potencial hídrico. Cuando una planta pierde agua durante el proceso de transpiración, las células de las hojas se insaturan con agua y, como resultado, surge la fuerza de succión (el potencial hídrico disminuye). el flujo de agua va en la dirección de una mayor fuerza de succión, o menor potencial hídrico.
Así, el motor terminal superior del flujo de agua en una planta es la fuerza de succión de la transpiración de las hojas, y su trabajo tiene poca conexión con la actividad vital del sistema radicular. De hecho, los experimentos han demostrado que el agua puede entrar en los brotes a través del sistema de raíces muertas y, en este caso, la absorción de agua incluso se acelera.
Además del motor de corriente de agua de extremo superior, existe un motor de extremo inferior en las plantas. Esto está bien demostrado por el ejemplo de fenómenos como Gutación.
Las hojas de las plantas cuyas células están saturadas de agua, en condiciones de alta humedad del aire, lo que evita la evaporación, secretan agua líquida en gotas con una pequeña cantidad de sustancias disueltas: gutación. El líquido se libera a través de estomas de agua especiales: hidratadores. El líquido que se desprende es gutta. Por tanto, el proceso de gutación es el resultado de un flujo de agua en un solo sentido que se produce en ausencia de transpiración y, por tanto, está provocado por alguna otra causa.
A la misma conclusión se puede llegar al considerar el fenómeno llorar plantas. Si cortas los brotes de una planta y colocas un tubo de vidrio en el extremo cortado, el líquido subirá a través de él. El análisis muestra que se trata de agua con sustancias disueltas: savia. En algunos casos, especialmente en primavera, también se observa llanto cuando se cortan las ramas de las plantas. Las determinaciones han demostrado que el volumen de líquido liberado (savia) es muchas veces mayor que el volumen del sistema radicular. Por lo tanto, el llanto no es simplemente la pérdida de líquido como resultado de un corte. Todo lo anterior lleva a la conclusión de que el llanto, al igual que la gutación, está asociado a la presencia de un flujo de agua unidireccional a través de los sistemas radiculares, independiente de la transpiración. La fuerza que provoca un flujo de agua en un solo sentido a través de los vasos con sustancias disueltas, independientemente del proceso de transpiración, se llama presión de raíz. La presencia de presión de raíz nos permite hablar del motor de la corriente de agua en el extremo inferior. La presión de las raíces se puede medir colocando un manómetro en el extremo izquierdo después de cortar las partes aéreas de la planta, o colocando el sistema de raíces en una serie de soluciones de diferentes concentraciones y eligiendo una que deje de llorar. Resultó que la presión de la raíz es de aproximadamente 0,1 - 0,15 MPa (D.A. Sabinin). Las determinaciones realizadas por los investigadores soviéticos L.V. Mozhaeva y V.N. Zholkevich mostraron que la concentración de la solución externa que detiene el llanto es significativamente mayor que la concentración de pasok. Esto nos permitió expresar la opinión de que el llanto puede ir en contra del gradiente de concentración. También se ha demostrado que el llanto se produce sólo en condiciones en las que todos los procesos de la vida celular se desarrollan con normalidad. El llanto se detiene no solo por la muerte de las células de la raíz, sino también por una disminución en la intensidad de su actividad vital, principalmente la intensidad de la respiración. En ausencia de oxígeno, bajo la influencia de venenos respiratorios y cuando baja la temperatura, el llanto cesa. Todo lo anterior permitió a D.A. Sabinin dar la siguiente definición: plantas llorando- Se trata de un flujo unidireccional de agua y nutrientes durante toda la vida, que depende del procesamiento aeróbico de los asimilados. D.A. Sabinin propuso un diagrama que explica el mecanismo del flujo de agua unidireccional en la raíz. Según esta hipótesis, las células de la raíz están polarizadas en una dirección determinada. Esto se manifiesta en el hecho de que en diferentes compartimentos de una misma célula los procesos metabólicos son diferentes. En una parte de la célula se intensifican los procesos de descomposición, en particular del almidón en azúcares, como resultado de lo cual aumenta la concentración de savia celular. En el extremo opuesto de la célula predominan los procesos de síntesis, por lo que disminuye la concentración de solutos en esta parte de la célula. Hay que tener en cuenta que todos estos mecanismos sólo funcionarán si hay suficiente cantidad de agua en el medio ambiente y el metabolismo no está alterado.
Según otra hipótesis, la dependencia del llanto de las plantas de la intensidad de la respiración es indirecta. La energía de la respiración se utiliza para suministrar iones a las células de la corteza, desde donde se desorben a los vasos del xilema. Como resultado, aumenta la concentración de sales en los vasos del xilema, lo que provoca el flujo de agua.
Movimiento del agua a través de la planta.
El agua absorbida por las células de la raíz, bajo la influencia de la diferencia de potenciales hídricos que surge de la transpiración, así como la fuerza de presión de la raíz, se traslada a las vías del xilema. Según los conceptos modernos, el agua en el sistema radicular se mueve no solo a través de las células vivas. En 1932, el fisiólogo alemán Munch desarrolló la idea de la existencia en el sistema radicular de dos volúmenes relativamente independientes a través de los cuales se mueve el agua: el apoplasto y el simplasto. Apoplasto – Este es el espacio libre de la raíz, que incluye espacios intercelulares, membranas celulares y vasos del xilema. Simplast – Se trata de un conjunto de protoplastos de todas las células, delimitados por una membrana semipermeable. Gracias a los numerosos plasmodesmos que conectan el protoplasto de las células individuales, el simplasto representa un sistema único. El apoplasto aparentemente no es continuo, sino que está dividido en dos volúmenes. La primera parte del apoplasto se encuentra en la corteza de la raíz antes de las células endodérmicas, la segunda está al otro lado de las células endodérmicas e incluye los vasos del xilema. Las células del endodermo, gracias a los cinturones de Caspariano, representan una barrera al movimiento del agua a través del espacio libre (espacios intercelulares y membranas celulares). Para ingresar a los vasos del xilema, el agua debe pasar a través de una membrana semipermeable y principalmente a través del apoplasto y solo parcialmente a través del simplasto. Sin embargo, en las células endodérmicas, el movimiento del agua aparentemente ocurre a lo largo del simplasto. Luego, el agua ingresa a los vasos del xilema. Luego se produce el movimiento del agua a través del sistema vascular de la raíz, el tallo y la hoja.
Desde los vasos del tallo, el agua pasa a través del pecíolo o la vaina de la hoja hacia la hoja. En la lámina de la hoja, los vasos conductores de agua se encuentran en las venas. Las venas se ramifican gradualmente y se vuelven más pequeñas. Cuanto más densa es la red de venas, menos resistencia encuentra el agua al pasar a las células del mesófilo de la hoja. A veces, las venas de las hojas tienen tantas ramas pequeñas que suministran agua a casi todas las células. Toda el agua de la célula está en estado de equilibrio. En otras palabras, en el sentido de saturación de agua, existe un equilibrio entre la vacuola, el citoplasma y la membrana celular, sus potenciales hídricos son iguales. El agua pasa de una celda a otra debido a un gradiente de fuerza de succión.
Toda el agua de la planta representa un único sistema interconectado. Dado que entre las moléculas de agua hay fuerzas de adherencia(cohesión), el agua se eleva a una altura significativamente superior a 10 m, la fuerza de adhesión aumenta, ya que las moléculas de agua tienen mayor afinidad entre sí. También existen fuerzas de cohesión entre el agua y las paredes de los vasos.
El grado de tensión de los hilos de agua en los recipientes depende de la relación de los procesos de absorción y evaporación del agua. Todo esto permite que el organismo vegetal mantenga un único sistema de agua y no necesariamente reponga cada gota de agua evaporada.
Si entra aire en algunos segmentos de los vasos, estos aparentemente se desconectan de la corriente general de conducción de agua. Este es el camino del movimiento del agua a través de la planta (Fig. 1).
Arroz. 1. El recorrido del agua en la planta.
La velocidad a la que el agua circula por la planta cambia a lo largo del día. Durante el día es mucho más grande. Al mismo tiempo, los diferentes tipos de plantas difieren en la velocidad del movimiento del agua. Los cambios de temperatura y la introducción de inhibidores metabólicos no afectan el movimiento del agua. Al mismo tiempo, este proceso, como era de esperar, depende en gran medida de la tasa de transpiración y del diámetro de los vasos conductores de agua. En recipientes más anchos, el agua encuentra menos resistencia. Sin embargo, hay que tener en cuenta que pueden penetrar burbujas de aire en recipientes más anchos o que se produzcan otras perturbaciones en el flujo de agua.
Vídeo: Movimiento de agua y materia orgánica a lo largo del tallo.
El xilema de las plantas con flores consta de dos tipos de estructuras que transportan agua, traqueidas y vasos. Insecto. En 8.2.1 ya hemos hablado de cómo se ven las células correspondientes en un microscopio óptico, así como en micrografías obtenidas con un microscopio electrónico de barrido (Fig. 8.11). Consideraremos la estructura del xilema secundario (madera) en sección. 21.6.6.
El xilema, junto con el floema, forma el tejido conductor de las plantas superiores. Este tejido se compone de los llamados haces conductores, que constan de estructuras tubulares especiales. En la Fig. La figura 14.15 muestra cómo están dispuestos los haces vasculares y cómo se ubican en el tallo primario de plantas dicotiledóneas y monocotiledóneas.
14.19. Resumir en forma de tabla las diferencias en la estructura del tallo primario en plantas dicotiledóneas y monocotiledóneas.
14.20. ¿Cuál es la forma tridimensional de los siguientes componentes tisulares: a) epidermis; b) xilema; c) periciclo dicotiledóneo y d) médula?
Se puede demostrar muy fácilmente que el agua puede ascender por el xilema sumergiendo el extremo inferior de un tallo cortado en una solución diluida de un tinte como la eosina. El tinte asciende a través del xilema y se extiende por la red de venas de las hojas. Si se toman secciones delgadas y se observan con un microscopio óptico, el tinte se encontrará en el xilema.
El hecho de que el xilema conduce agua se demuestra mejor mediante experimentos con "sonidos". Estos experimentos se llevaron a cabo mucho antes de que se empezaran a utilizar isótopos radiactivos, lo que hacía muy fácil rastrear la trayectoria de una sustancia en un organismo vivo. En una versión del experimento, se corta un anillo de corteza con floema. Si el experimento no es muy largo, ese "sonido" no afecta la subida del agua a lo largo del tallo. Sin embargo, si pelas un trozo de corteza y cortas el xilema sin dañarlo, la planta se marchitará rápidamente.
Cualquier teoría que explique el movimiento del agua a través del xilema no puede dejar de tener en cuenta las siguientes observaciones:
1. Los vasos del xilema son tubos muertos con una luz estrecha, cuyo diámetro varía desde 0,01 mm en la madera de “verano” hasta aproximadamente 0,2 mm en la madera de “primavera”.
2. Grandes cantidades de agua se transportan con relativa rapidez: en los árboles altos se han registrado tasas de aumento de agua de hasta 8 m/h, mientras que en otras plantas suele rondar 1 m/h.
3. Para elevar agua a través de dichos tubos hasta la copa de un árbol alto, se requiere una presión de aproximadamente 4000 kPa. Los árboles más altos, las secuoyas gigantes de California (coníferas que no tienen vasos y solo traqueidas) y los eucaliptos australianos, miden más de 100 m El agua asciende a través de finos tubos capilares debido a la alta tensión superficial bajo la acción de las fuerzas capilares; sin embargo, debido únicamente a estas fuerzas, incluso a través de los vasos xilemáticos más delgados, el agua no se elevará por encima de los 3 m.
Todas estas observaciones se explican satisfactoriamente por la teoría. embrague(cohesión), o teoría tensión. Según esta teoría, el ascenso de agua desde las raíces se debe a la evaporación del agua de las células de las hojas. Como ya dijimos en el apartado. 14.3, la evaporación conduce a una disminución del potencial hídrico de las células adyacentes al xilema. Por lo tanto, el agua ingresa a estas células desde la savia del xilema, que tiene un mayor potencial hídrico; al hacerlo, atraviesa las paredes celulares húmedas de celulosa de los vasos del xilema en los extremos de las venas, como se muestra en la figura. 14.7.
Los vasos del xilema se llenan de agua y, a medida que el agua sale de los vasos, se crea tensión en la columna de agua. Se transmite por el tallo desde la hoja hasta la raíz gracias a embrague(cohesión) de las moléculas de agua. Estas moléculas tienden a "pegarse" entre sí porque son polares y se atraen entre sí mediante fuerzas eléctricas y luego se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno (Sección 5.1.2). Además, tienden a adherirse a las paredes de los vasos sanguíneos bajo la influencia de fuerzas. adhesión. La alta cohesión de las moléculas de agua significa que se requiere una fuerza de tracción relativamente grande para romper una columna de agua; en otras palabras, la columna de agua tiene una alta resistencia a la tracción. La tensión en los vasos del xilema alcanza tal fuerza que puede tirar de toda la columna de agua hacia arriba, creando un flujo másico; en este caso, el agua ingresa a la base de dicha columna en las raíces desde las células de las raíces vecinas. Es necesario que las paredes de los vasos del xilema también tengan una gran resistencia y no estén presionadas hacia adentro.
Esta fuerza la proporcionan la lignina y la celulosa. Se obtuvo evidencia de que el contenido de los vasos del xilema está bajo la influencia de una gran fuerza de tracción midiendo los cambios diarios en el diámetro del tronco de los árboles utilizando un instrumento llamado dendrómetro. Los valores mínimos se registraron durante el día, cuando la tasa de transpiración es máxima. La pequeña compresión de los vasos individuales del xilema se sumó y produjo una disminución completamente mensurable en el diámetro de todo el tronco.
Las estimaciones de la resistencia a la tracción para una columna de savia de xilema oscilan entre aproximadamente 3000 y 30 000 kPa, y se obtuvieron valores más bajos más recientemente. Las hojas tienen un potencial hídrico de aproximadamente -4000 kPa y la resistencia de la columna de savia del xilema probablemente sea suficiente para soportar la tensión creada. Por supuesto, es posible que a veces una columna de agua se rompa, especialmente en recipientes de gran diámetro.
Los críticos de esta teoría señalan que cualquier interrupción de la continuidad de la columna de jugo debería detener inmediatamente todo el flujo, ya que el recipiente debería estar lleno de aire y vapor de agua (el fenómeno cavitación). La cavitación puede ser causada por fuertes sacudidas, flexión del tronco o falta de agua. Es bien sabido que durante el verano el contenido de agua en el tronco del árbol disminuye gradualmente y la madera se llena de aire. Se utiliza en la industria maderera porque la madera tiene mejor flotabilidad. Sin embargo, la ruptura de la columna de agua en algunos buques no afecta en gran medida la tasa de transferencia de agua. Esto puede explicarse por el hecho de que el agua pasa de un recipiente a otro o evita el tapón de aire, moviéndose a lo largo de las células parenquimatosas vecinas y sus paredes. Además, según los cálculos, para mantener el caudal observado basta con que al menos una pequeña parte de los vasos funcione en un momento dado. En algunos árboles y arbustos, el agua se mueve sólo a lo largo de la capa exterior de madera más joven, que se llama albura. En el roble y el fresno, por ejemplo, el agua se mueve principalmente a través de los vasos del año en curso, y el resto de la albura sirve como reserva de agua. Durante la temporada de crecimiento, se agregan cada vez más vasos nuevos, pero la mayoría de ellos se forman al comienzo de la temporada, cuando el caudal es mucho mayor.
La segunda fuerza que interviene en el movimiento del agua a través del xilema es presión de raíz. Se puede detectar y medir en el momento en que se corta la corona y el tronco con raíces continúa secretando jugo de los vasos del xilema. Este proceso de exudación es suprimido por el cianuro y otros inhibidores de la respiración y se detiene cuando hay falta de oxígeno o una disminución de la temperatura. Para que este mecanismo funcione, parece que se requiere la secreción activa en la savia del xilema de sales y otras sustancias solubles en agua que reducen el potencial hídrico. Luego, el agua ingresa al xilema por ósmosis desde las células de la raíz vecinas.
La presión hidrostática positiva por sí sola de aproximadamente 100-200 kPa (en casos excepcionales hasta 800 kPa), creada por la presión de las raíces, generalmente no es suficiente para asegurar el movimiento del agua hacia el xilema, pero su contribución en muchas plantas es indudable. Sin embargo, en las formas herbáceas de transpiración lenta, esta presión es suficiente para provocar la gutación. gutación- se trata de la eliminación de agua en forma de gotas de líquido en la superficie de la planta (mientras que durante la transpiración el agua sale en forma de vapor). Todas las condiciones que reducen la transpiración, es decir, poca luz, alta humedad, etc., promueven la gutación. Es bastante común en muchas plantas de los bosques tropicales y a menudo se observa en las puntas de las hojas de las plántulas jóvenes.
14.21. Enumere las propiedades del xilema por las que asegura el transporte de agua y sustancias disueltas en él a largas distancias.
Xilema de plantas con flores. Contiene dos tipos de estructuras conductoras de agua: traqueidas y vasos. En el artículo ya hemos hablado de cómo se ven estas estructuras en un microscopio óptico, así como en micrografías obtenidas con un microscopio electrónico de barrido. La estructura del xilema secundario (madera) se analiza en el artículo. El xilema y el floema forman el tejido conductor de las plantas superiores o vasculares. Este tejido está formado por los llamados haces vasculares, cuya estructura y distribución en los tallos de las plantas dicotiledóneas con estructura primaria se muestra en la figura.
Qué El agua asciende a través del xilema., se puede demostrar fácilmente sumergiendo el extremo cortado del brote en una solución acuosa diluida de un tinte, como la eosina. El líquido coloreado, que se extiende por el tallo, llena la red de venas que recorren las hojas. Si luego toma secciones delgadas y las examina con un microscopio óptico, encontrará que el tinte está en el xilema.
Prueba más efectiva agua que sube por el xilema Dar experimentos con "timbre". Estos experimentos se llevaron a cabo mucho antes de que comenzaran a utilizarse los isótopos radiactivos, lo que hacía muy fácil rastrear el camino de las sustancias en un organismo vivo. En una versión del experimento, se retira un anillo estrecho de corteza de un tallo leñoso junto con el floema, es decir, el floema. Después de esto, durante bastante tiempo, los brotes ubicados sobre el anillo cortado continúan creciendo normalmente: por lo tanto, dicho anillo no afecta el ascenso del agua a lo largo del tallo. Sin embargo, si levantas un trozo de corteza y cortas un segmento de madera, es decir, el xilema, de debajo, la planta se marchitará rápidamente. Así, el agua llega a los brotes desde el suelo precisamente a lo largo de este tejido conductor.
Cualquier teoría que explique Transporte de agua a través del xilema., no puede ignorar las siguientes observaciones.
1. Elementos anatómicos del xilema.- tubos muertos finos, cuyo diámetro varía de 0,01 mm en la madera de “verano” a 0,2 mm en la madera de “primavera”.
2. Grandes cantidades El agua se mueve a través del xilema. a una velocidad relativamente alta: para árboles altos es de hasta 8 m/h, y para otras plantas es de aproximadamente 1 m/h.
3. Levantar agua a través de tales tubos. a la cima de un árbol alto Se requiere una presión de aproximadamente 4000 kPa. Los árboles más altos, las secuoyas de California y los eucaliptos de Australia, alcanzan una altura de más de 100 m. El agua puede subir a través de finos tubos humectantes debido a su alta tensión superficial (este fenómeno se llama capilaridad), pero sólo gracias a estas fuerzas. Incluso a través de los vasos xilemáticos más delgados, el agua no sube más de 3 m.
Una explicación satisfactoria para esto. La teoría del vínculo proporciona hechos.(cohesión), o teoría de la tensión. Según esta teoría, el ascenso del agua desde las raíces se debe a su evaporación por las células de las hojas. Como ya dijimos en el artículo, la evaporación reduce el potencial hídrico de las células del mesófilo adyacentes al xilema, y el agua ingresa a estas células desde la savia del xilema, cuyo potencial hídrico es mayor; al hacerlo, atraviesa las paredes celulares húmedas en los extremos de las venas, como se muestra en la figura.
Vasos del xilema llena una columna continua de agua; a medida que el agua sale de los vasos, se crea tensión en esta columna; se transmite por el tallo hasta la raíz debido a la adhesión (cohesión) de las moléculas de agua. Estas moléculas tienden a "pegarse" entre sí porque son polares y se atraen entre sí mediante fuerzas eléctricas y luego se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno. Además, se sienten atraídos por las paredes de los vasos del xilema, es decir, se adhieren a ellos. La fuerte cohesión de las moléculas de agua hace que su columna sea difícil de romper: tiene una alta resistencia a la tracción. La tensión de tracción en las células del xilema genera una fuerza capaz de mover toda la columna de agua hacia arriba a través de un mecanismo de flujo volumétrico. Desde abajo, el agua ingresa al xilema desde las células de la raíz vecinas. Es muy importante que las paredes de los elementos del xilema sean rígidas y no colapsen cuando cae la presión en el interior, como ocurre cuando se chupa un cóctel con una pajita blanda. La rigidez de las paredes la proporciona la lignina. La evidencia de que el líquido dentro de los vasos del xilema está muy estresado (estirado) la proporcionan las fluctuaciones diarias en el diámetro de los troncos de los árboles, medidas con un instrumento llamado dendrógrafo.
El diámetro mínimo se marca el día en que la tasa de transpiración es mayor. Tensión posterior agua en el vaso del xilema tira un poco de sus paredes hacia adentro (debido a la adherencia), y la combinación de estas compresiones microscópicas da la "contracción" general del cañón, registrada por el dispositivo.
Estimaciones de resistencia para ruptura de la columna de savia del xilema varió de 3000 a 3000 kPa, observándose valores inferiores posteriormente. Las hojas tienen un potencial hídrico de aproximadamente -4000 kPa y la resistencia de la columna de savia del xilema probablemente sea suficiente para soportar la tensión creada. Por supuesto, es posible que a veces una columna de agua se rompa, especialmente en recipientes de gran diámetro.
Críticos de la teoría expuesta. Enfatice que cualquier violación de la continuidad de la columna de jugo debe detener inmediatamente todo el flujo, ya que el recipiente se llenará de aire y vapor (el fenómeno de la cavitación). La cavitación puede ser causada por fuertes sacudidas, flexión del tronco y falta de agua. Es bien sabido que durante el verano el contenido de agua en el tronco del árbol disminuye gradualmente y la madera se llena de aire. Los madereros aprovechan esto porque estos árboles son más fáciles de flotar. Sin embargo, la ruptura de la columna de agua en algunos recipientes tiene poco efecto sobre la velocidad general del flujo volumétrico. Quizás el hecho es que el agua fluye en vasos paralelos o evita el tapón de aire, moviéndose a lo largo de las células parenquimatosas vecinas y a lo largo de las paredes. Además, según los cálculos, para mantener el caudal observado, es suficiente que al menos una pequeña proporción de elementos del xilema funcionen en un momento dado. En algunos árboles y arbustos, el agua se mueve sólo a través de la madera exterior más joven, llamada albura. En el roble y el fresno, por ejemplo, la función conductora la realizan principalmente los vasos del año en curso, y el resto de la albura desempeña el papel de reserva de agua. Se forman nuevos vasos de xilema a lo largo de la temporada de crecimiento, pero principalmente al principio, cuando la velocidad del flujo de agua es máxima.
Segunda fuerza Asegurar el movimiento del agua a través del xilema., - presión de la raíz. Se puede detectar y medir en el momento en que se corta la corona y el tronco con raíces continúa secretando jugo de los vasos del xilema durante algún tiempo. Este proceso es suprimido por inhibidores de la respiración, como el cianuro, y se detiene cuando hay falta de oxígeno y una disminución de la temperatura. El funcionamiento de este mecanismo aparentemente se debe a la secreción activa de sales y otras sustancias solubles en agua en la savia del xilema. Como resultado, su potencial hídrico disminuye y el agua ingresa al xilema desde las células de la raíz vecinas por ósmosis.
Este mecanismo crea una presión hidrostática del orden de 100-200 kPa (en casos excepcionales 800 kPa); uno para el agua que sube por el xilema normalmente no es suficiente, pero en muchas plantas sin duda contribuye al mantenimiento del flujo del xilema. En las formas herbáceas de transpiración lenta, esta presión es suficiente para provocar una mutación en ellas. Se llama así a la liberación de agua en la superficie de una planta1 en forma de gotas líquidas en lugar de vapor. Todas las condiciones que inhiben la transpiración, como poca luz y alta humedad, promueven la gutación. Es común en muchas especies de bosques tropicales y a menudo se observa en las puntas de las hojas de las plántulas de pasto.
Las secuoyas que se encuentran en California se encuentran entre los árboles más altos del mundo. Alcanzan una altura de 110 metros. ¡Algunos árboles tienen entre 2000 y 3000 años! Es difícil transmitir la impresión imborrable que deja un paseo entre estos gigantes. La verdad de la creación se revela poderosamente aquí. Las células de un árbol están organizadas para formar raíces, tronco, corteza, columnas de agua, ramas y hojas. El árbol parece una gigantesca fábrica de productos químicos. Aquí se llevan a cabo procesos químicos extremadamente complejos en un orden impecable.
Lo sorprendente es que este enorme árbol crece de una pequeña semilla que pesa 58 gramos. Basta pensar: toda la información sobre el desarrollo y la organización de estos gigantes está incrustada en su ADN, en una semilla diminuta y redonda. La semilla cumple todas las “instrucciones” que se encuentran en su ADN y se convierte en una estructura gigantesca, incomparable en apariencia y tamaño. Increíble, ¿no?
Secuoya gigante "General Sherman". Su altura es de 83,8 my el perímetro del tronco en la base es de 34,9 m El árbol tiene 2500 años. Este árbol es considerado el organismo vivo más grande de la Tierra. Su peso junto con el sistema radicular es de 2.500 toneladas y el volumen del árbol es de 17.000 metros cúbicos, diez veces más que el volumen de una ballena azul.
La Escritura dice: “Dios es exaltado en su poder, ¿y quién como él es maestro? Recuerde ensalzar sus obras que la gente vea. Todas las personas pueden verlos; una persona puede verlos desde lejos". (Job 36:22-25) De hecho, todas las personas pueden ver Sus obras.
Elevar agua a la altura de un edificio de 30 pisos.
A través de tus hojas secoya Libera hasta 600 litros de agua al día, por lo que eleva constantemente agua desde las raíces hasta las ramas, venciendo la fuerza de gravedad. ¿Cómo hace esto un árbol que no tiene bombas mecánicas? 100 metros es una altura realmente impresionante, comparable a la de dos edificios de 14 plantas. Resulta que dentro del baúl secuoyas Existe un sistema especial de tubos estrechos interconectados llamado xilema. Este complejo tejido interno del árbol sirve para conducir el agua desde las raíces hasta las hojas. Los tubos del xilema forman células ubicadas una encima de la otra. Juntos forman una columna increíblemente larga, que se extiende desde las raíces, pasando por el tronco, hasta las hojas. Para "bombear" agua, secoya Debe formar una columna continua de agua en esta tubería.
El árbol mantiene agua durante toda su vida. Recuerda cómo un viento fuerte dobla un árbol y sus ramas. Sin embargo, debido a que el tubo conductor está formado por millones de pequeñas secciones unidas entre sí, el flujo de agua está constantemente contenido. Un tubo sólido no lograría esta tarea. Dado que el agua normalmente no fluye hacia arriba, ¿cómo logra un árbol bombearla tan alto? Las raíces “tiran” el agua hacia arriba y la acción de la capilaridad (la capacidad del agua de subir ligeramente a lo largo de las paredes del tubo) agrega presión. Sin embargo, esta fuerza asegura que la secuoya suba agua sólo 2-3 metros. La fuerza impulsora subyacente es la evaporación y la atracción entre las moléculas de agua. Las moléculas tienen partículas cargadas positiva y negativamente, por lo que se adhieren entre sí con una fuerza enorme, que, según mediciones experimentales, es de 25 a 30 atmósferas (1 atmósfera equivale a la presión atmosférica normal al nivel del mar).
El sistema de distribución se muestra en sección transversal. Las tuberías de transmisión están formadas por células y están diseñadas para transportar sustancias: agua y minerales hasta las hojas a través de diversos canales. Una característica importante de este sistema en las plantas es la renovación constante de los tubos del xilema y floema.
Esto es suficiente para atravesar un submarino de la Segunda Guerra Mundial que flota a una profundidad de 350 metros bajo el agua. Secoya mantiene fácilmente una presión de 14 atmósferas en la parte superior de la columna de agua. El agua que se evapora de las hojas genera fuerza de succión. Una molécula de agua se evapora de la hoja y, gracias a la fuerza de atracción molecular, atrae consigo otras moléculas. Esto crea una ligera succión en la columna de agua y extrae agua de las células foliares vecinas. Estas moléculas, a su vez, atraen a las moléculas que las rodean. La cadena de movimiento continúa hasta el suelo y mueve el agua desde las raíces hasta la copa del árbol, del mismo modo que una bomba eleva el agua desde un tubo vertical hasta la superficie.
Entendemos eso árbol Por sí solo no habría podido idear un sistema tan complejo, habiendo aprendido a utilizar tan sabiamente la física del agua y la energía del sol. Damos toda la Gloria a Dios, Creador del cielo y de la tierra. Los árboles gigantes dan testimonio de la historicidad del libro del Génesis, que nos revela su verdadero origen: “Y dijo Dios: Produzca la tierra hierba verde, hierba que dé semilla, árboles fructíferos, que den fruto según su especie en que está su semilla en la tierra. Y se volvió así". (Gén. 1:11-12)
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Una planta superior se divide en órganos que realizan diferentes funciones, pero que tienen muchas propiedades comunes, incluida la necesidad de nutrientes, sustancias y agua para que se produzcan procesos fisiológicos. Dado que el agua no es absorbida por todos los órganos, sino principalmente por el sistema radicular, es necesario que se mueva por toda la planta. Este proceso constituye la llamada corriente ascendente. Cabe señalar que este nombre no refleja la dirección, sino la naturaleza del movimiento y su localización en la planta. Pasa principalmente a través de tejidos muertos del tallo o pecíolo: vasos o tráquea en angiospermas y traqueidas en gimnospermas. Sin embargo, esta localización no es absoluta: el agua también puede moverse a través de otros elementos anatómicos, por ejemplo, a través del sistema del floema.
El agua con minerales y sustancias disueltas sube a través de los vasos de la madera.
Si tenemos en cuenta la longitud total del camino de la corriente ascendente, entonces se puede dividir en dos secciones de longitud desigual.
1. Elementos histológicos muertos en medio del trayecto conductor de vasos o traqueidas. La longitud de este tramo es importante, pero el agua lo atraviesa con relativa facilidad, ya que se mueve pasivamente a lo largo de elementos muertos sin experimentar resistencia significativa por parte de ellos.
2. Células vivas de la raíz y de la hoja, situadas al inicio y al final del recorrido del movimiento. Este camino es espacialmente corto, pero se supera con gran dificultad, ya que las membranas celulares impiden el movimiento del agua.
El movimiento del agua en una corriente ascendente es importante en la vida de una planta. Esta corriente suministra agua a todos los órganos y tejidos, llevándolos a un estado de turgencia. El flujo ascendente de agua captura los iones minerales absorbidos por la raíz, los transporta y facilita así la distribución (¡pero no la absorción!) por toda la planta.
Para que el agua se mueva a través de la planta (y no solo se mueva, sino que suba), se requiere una cierta cantidad de energía, cuyos puntos de aplicación se ubican en los extremos de la corriente, por lo que se denominan motores finales.
Motor de extremo inferior o presión de raíz. Su función se manifiesta principalmente durante la absorción activa: inyección de agua. Con la participación de proteínas contráctiles, no solo suministra agua al sistema radicular, sino que también la empuja hacia los vasos de la raíz y hacia arriba por el tallo. Inyección de agua
Un proceso activo dependiente de energía que es más pronunciado en la corteza radicular. La fuerza desarrollada por el motor final es pequeña (aproximadamente 0,15 MPa) y permite elevar el agua a una altura de no más de un metro, es decir, suficiente para plantas herbáceas y arbustos pequeños.
Symplast es un sistema de protoplastos vegetales interconectados. Los protoplastos de las células vecinas están conectados entre sí mediante plasmodesmos, hebras citoplasmáticas que pasan a través de los poros de las paredes celulares. El agua con cualquier sustancia disuelta en ella, que ingresa al protoplasto de una célula, puede avanzar a lo largo del simplasto sin cruzar ninguna membrana. Este movimiento a veces se ve facilitado por el flujo ordenado del citoplasma.
Un apoplasto es un sistema de paredes celulares contiguas que forma una red continua en toda la planta. Hasta el 50% de dicha estructura de celulosa es una especie de "espacio libre" que puede ser ocupado por agua. Cuando se evapora desde la superficie de las células del mesófilo hacia los espacios intercelulares, surge tensión en la capa apoplástica continua de agua, y toda ella, según el mecanismo del flujo volumétrico, es arrastrada hacia el lugar de disminución debido a la cohesión. (“adhesión”) de moléculas de agua. El apoplasto recibe agua del xilema.
Motor de extremo superior, o fuerza de succión de la transpiración. Con la evaporación constante del agua en las hojas de las plantas, la fuerza de succión (1 - 1,5 MPa) se rompe, succionando agua de las células más cercanas y transmitiéndola a las células posteriores a través de las cuales se mueve el agua, hasta los vasos. No hay citoplasma en los vasos, por lo tanto, no hay presión osmótica y la absorción de líquido se produce con la participación de toda la magnitud de la fuerza de succión. Permite elevar el agua varios metros, actuando como una bomba hidráulica. Esta fuerza es suficiente para proporcionar agua a arbustos y árboles relativamente pequeños.
Agua subiendo por el tronco de un árbol
Los motores de los extremos pueden elevar el agua hasta una altura de 10 m, pero muchas plantas leñosas tienen un tronco mucho más largo, por lo que ambos motores de los extremos no pueden elevar el agua. En tales plantas, las fuerzas de adhesión entre moléculas de agua, que son muy grandes y pueden alcanzar 30 - 35 MPa, acuden al rescate. Esta fuerza es suficiente para elevar el agua entre 1 y 2 km, lo que es mucho más que la altura de cualquier árbol.
Las fuerzas adhesivas de las moléculas de agua actúan sólo bajo ciertas condiciones: las corrientes de agua en los recipientes deben fluir continuamente, sin burbujas de aire. Si les entra aire, lo que es posible si se lesionan o cortan, se interrumpe el movimiento del agua. Esto explica el marchitamiento de los brotes de plantas leñosas con hojas y flores (por ejemplo, lilas), cuando no se colocan en agua inmediatamente después del corte, sino después de un tiempo.
